Entwicklungsgeschichte des Computers - TH Köln · PDF file- Für Descartes sind viele neuronale Prozesse mechanischer Art Blaise Pascal. Informatikgeschichte, E. Ehses 2014 7 Digital

Informatikgeschichte, E. Ehses 20141
Entwicklungsgeschichte des Computers
Vorbemerkungen Vorlufer und Wegbereiter Die theoretische Grundlage: Turing, und Shannon Die Erfindung des Computers durch Konrad Zuse Die Erfindung des elektronischen Computers Moore's Law und sein abzusehendes Ende Und wie es weitergehen kann ...

So hnlich sah unserRechnerraum aus
klimatisiert, laut,8 MB Hauptspeicherdual core
Zustzlich gab es einenTerminalraum. (Mehrbenutzersystem)
Aber: Fr aufwndigeBerechnungen mussteRechenzeit beantragtwerden.
Stand: 1975

Basistechnologien
Mechanik Zahnrder, Stangen, Bleche
Elektromechanik Relais
Elektronik Vakuumrhre
Transistor, Integrierter Schaltkreis
Besonderheit: ICs sind hochgradig skalierbar je kleiner die Struktur desto schneller (there's plenty of room at the bottom)
Zuknftig Polymere, DNA, Quantencomputer,
- sehr langsam, sehr unzuverlssig- sehr platzaufwndig und teuer
- langsam, unzuverlssig- sehr platzaufwndig
- schnell, unzuverlssig
+ sehr schnell+ sehr kompakt+ sehr zuverlssig+ sehr geringer Leistungsverbrauch

Ein antiker Analogrechner
Vor der Kste von Antikythera wurde 1900 in 49 m Tiefe ein ca. 70 BC gesunkenes Schiffswrack entdeckt. Darin fanden sich die berreste eines komplexen astronomischen Zeigerinstruments.
Es ist zwar das einzige hnliche Fundstck aus der Antike, ist aber sicher kein Einzelfall. (Nachbau durch Al-Biruni?)

Dark Ages in Westeuropa
Entwickelt im griechischen Alexandria Byzantinisches Reich China Kalifat (Iran-Andalusien) Westeuropa
Das Astrolabium war der Prototyp desastronischen Taschenrechners.Die erste Beschreibung ist von Theon vonAlexandria (kurz bevor die Christen derdortigen Wissenschaft ein Ende machten).
Es wurde spter weiterentwickelt zunautischen und astronomischen Gerten.
Und die Entdeckung Amerikas ...

Die wissenschaftliche Revolution (17. Jdh)
- Zeitalter von Galilei, Harvey, Kepler, Newton, Huygens, Descartes, Pascal, ...
- Galilei verdient Geld mit seinem Proportionalzirkel
- Schickard und Pascal erfinden die mechanische Rechenmaschine
- Fr Descartes sind viele neuronale Prozesse mechanischer Art
Blaise Pascal

Digital und Analogrechner ab dem 17. Jdh
Blaise Pascal baute als 18 jhriger fr seinen Vater die erste funktionierende mechanische Rechenmaschine. (Digitalrechner)
(brauchbare Rechenmaschinen gibt es seit Mitte des 19. Jhd)
Nach der Erfindung der Logarithmenrechnung durch Napier waren logarithmische Rechenschieber fr mehrere Jahrhunderte im Gebrauch. (Analogrechner: Addition durch Addieren von Strecken)

The Day after Tomorrow: Into infinity (1975) ...

Das Zeitalter des Absolutismus (18. Jhd)
Technisierung ermglicht teure Spielereien: Automaten.Frstenhfe haben das Geld fr diesen Luxus.Zum erstenmal werden Gerte mit einem komplexen Ablaufprogramm gebaut: Puppen, automatische Orgel, ...
Vaucanson (1709-1782) erfindet Lochkarten zur Programmsteuerung. (Der Fltenspieler, Der Tambourinspieler, Die Ente).Die Ente konnte essen, trinken und verdauen.
1741 wird Vaucanson Inspektor der Seidenproduktion. Er fhrt mehre Verbesserungen ein. Darunter die Steuerung durch Lochkarten.
Er baut fr seine Sammlung ein Museum (ab 1794: Conservatoire des Arts et Mtiers.
Dort entdeckt Jacquard seinen Webstuhl.

Der Traum von der maschinellen Intelligenz

Die industrielle Revolution (19. Jhd)
Franzsische Revolution: Demokratie, Skularisierung, ZivilgesellschaftEinfhrung der effizienten Dampfmaschine (James Watt, 1775)
Schnelle Vernderungen in weniger als 100 Jahren
Menschliche Arbeit wird mechanisiert

Joseph-Marie Jacquard (1752-1834)
Entdeckt den Webstuhl von Vaucanson und entwickelt Ideen zur Verbesserung (1790).Doch zunchst Mitarbeit in der Franzsischen Revolution.1801 erste Demonstration seine Webstuhls.1806 der Webstuhl wird zum ffentlichen Eigentum erklrt. Jacquard erhlt eine lebenslange Rente und Gebhren fr jede neue Maschine.Der Webestuhl lst heftige soziale Konflikte aus.1812 waren bereits 11000 Jacquard-Websthle in Frankreich aufgestellt.Ab 1820 werden Websthle in England und dann weltweit genutzt.
Aufschwung der Textilindustrie. Motor der industriellen Revolution.

Der mechanische Webstuhl
Fr Charles Babbage und Lady Ada war der Webstuhl der Prototyp des programmierten Gerts.
We may say most aptly, that the Analytical Engine weaves algebraical patterns just as the Jacquard-loom weaves flowers and leaves. (Lady Ada Lovelace)

Charles Babbage (1791-1871)
Babbage ist beteiligt an der Grndung mathematischer und astronomischer Gesellschaften in England.
1828-1839 ist er Mathematik-Professor in Cambridge.
Ab 1812 entwickelt er die Idee mathematische Tabellen automatisch herzustellen.
1823 erhlt er Regierungsgelder zur Entwicklung der Difference Engine.
Die Difference Engine beeinflusste sptere Informatikpioniere.
Ab 1833 entwickelt er das Konzept der Analytical Engine.
Dieser Entwurf wurde vergessen, bis seine Notizbcher 1937 wiederentdeckt wurden.

Charles Babbage: Difference Engine
Idee: die n-te Ableitung eines Polynoms n-ter Ordnung ist konstant -> man kann aus den konstanten Differenzen durch bloe Addition alle Funktionswerte ermitteln
z.B. y = x3 + 2x2 + 5x - 5
X -1 0 1 2 3 4 5Y -9 -5 3 21 55 111 195dY1 4 8 18 34 56 84dY2 4 10 16 22 28dY3 6 6 6 6
Y[i] = Y[i-1] + dY1[i-1]dY1[i] = dY1[i-1] + dY2[i-1]dY2[i] = dY2[i-1] + dY3
Fr den Algorithmus muss man nur die Anfangswerte der einzelnen Differenzen festlegen.
Da sich praktisch alle mathematischen Funktionen genhert durch Polynome darstellen lassen, ergibt sich ein riesiges Anwendungsfeld.

Realisierung der Difference-Engine (1822)
Mechanisches RderwerkGeeignet fr Polynome 15. OrdnungGeplanter Antrieb durch DampfmaschineTechnische Durchfhrung war relativ komplexWurde im 19. Jhd erfolgreich eingesetzt
Die Difference Engine erlaubte die Lsung eines einzigen Problems. Sie war nicht programmierbar -> also kein Computer!
1822-23 Frderungsantrag1823-33 Fertigung (Clement)1832 Prototyp
Ab 1860 bis 1930 erfolgreicher Einsatz von D.E.s zur Berechnung von Tabellen.(Scheutz, Wiberg, Grant, Comrie)
Der Vorlufer von J. Mller

Analytical Engine
Die grundlegend neuen Ideen bestehen:
1. In der Programmierbarkeit einer Maschine durch Verwendung von Jacquardschen Lochkarten.
2. In der Weiterverwendung von Zwischenergebnissen. (the engine eating its own tail)
3. Der Aufteilung des Gertes in Speicher(Store) und Rechenwerk (Mill). Zahnstangen dienten der bertragung von Zahlenwerten zwischen Store und Mill (Rechnerbus).
Die Analytical Engine war ein Papiercomputer. Nur einzelne Komponenten (Teile des Rechenwerks) wurden wirklich gebaut.
Bis 1948 (Speicherprogrammierbarkeit, John von Neumann) gibt es keine grundlegende Weiterentwicklung dieses Konzepts! Die ersten modernen Rechner hatten eine einfachere Architektur.

Datenblatt der Analytical Engine
Speicher fr rund 100 Variable zu je 30-40 Stellen.
Vorrichtung zur Wiederholung von Operationen(mechanical means have been provided for backing up or advancing the operation cards to any extend)
Stanzer fr Zahlenkarten (Massenspeicher).
Drucker.
Zeichengert.
Setzmaschine (offline).
Addition und Subtraction vermutlich ca. 2 sec.Multiplikation ca 1 min.

Lady Ada Augusta Countess of Lovelace geb. Byron (1815-1852)
Interessiert sich ab 1833 fr die Idee der Analytical Engine
bersetzt 1843 einen Aufsatz Notions sur la machine analytique de Charles Babbage des italienischen Offiziers Menebra. Ihre Anmerkungen sind fast 3x so lang wie das Original.
Sie grenzt darin die Analytical Engine als universellen, programmierbaren Rechner von der spezialisierten Difference Engine ab.
Sie beschreibt die Entwicklung eines Programms zur Berechnung von Bernoulli-Zahlen. Ihr Programm enthlt Wiederholungsschleifen. Es legt die Einfhrung von bedingten Anweisungen nahe.
Von Lady Ada stammt das erste berlieferte komplexere Computerprogramm der Geschichte!

Herman Hollerith (1860-1929)
Hollerith arbeitet zunchst als Assistent bei der US Volkzhlung von 1880 mit. Anschlieend beschftigt er sich mit der Automatisierung des Verfahrens.
Bis zur nchsten Volkszhlung 1890 hat er eine auf Lochkarten basierende Auswertungsmaschine erfunden. (50000 Menschen waren mit der Datenerfassung auf Lochkarten beschftigt)
1886 Grndung der Hollerith Tabulating Machine Company (spter IBM).
Die vo

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